CN101692021A - 单通道多功能中流量大气颗粒物分级采样切割器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单通道多功能中流量大气颗粒物分级采样切割器，其与采样器连接，该单通道多功能中流量大气颗粒物分级采样切割器包含有供大气颗粒物进入的采样入口、用以分离所采集的颗粒物的切割装置及颗粒物收集终端，采样入口与切割装置通过螺纹连接，切割装置与颗粒物收集终端连接，采样入口、切割装置及颗粒物收集终端依序串接在一起。借由本发明的单通道多功能中流量大气颗粒物分级采样切割器，可以实现同源采集颗粒物的功能。

Description

单通道多功能中流量大气颗粒物分级采样切割器

技术领域

本发明有关一种采样切割器，尤指一种对大气颗粒物进行浓度监测、分散度研究及组分分析的单通道多功能中流量大气颗粒物分级采样切割器。

背景技术

大气环境对人们的生活及健康有着至关重要的影响，因此对于大气环境中的颗粒物的监测也尤为重要。目前，一般认定大气环境中颗粒物的粒径段为：总悬浮颗粒物、可吸入颗粒物及呼吸性颗粒物，总悬浮颗粒物即TSP(TotalSuspended Particulate)，其动力学粒径为100μm以内，可吸入颗粒物的动力学粒径为10μm以内，用PM₁₀(Particles with Diameters of 10um or less)表示，呼吸性颗粒物的动力学粒径在5μm以内，可分别用PM₅、PM_2.5及PM₁表示。现实中不仅限于对单个粒径段的监测和研究，还要同时获得所有粒径段的颗粒物的数据，以研究它们的分散性和组分特性，来区别这些颗粒污染物的来源及对人体可能造成的危害。

目前，可采用多个采样器分别配接不同的切割器同时采样，或采用同一台采样器配接不同的切割器分时采样。但前者缺乏空间的一致性，后者则缺乏时间的一致性，大气中的颗粒物在空间和时间上的分布都是不均匀的，以上两种方式难以获得同源的有效样品。现有技术中还可以采用多通道采样器，可达到同源采样的效果，但是多通道采样器结构复杂，而且还需要接配有流量匹配器，进行多路流量的调节和控制，只要有一个环节出现故障，该多通道采样器就会工作失效，并且该多通道造价高，使用与维护极为不便。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种结构简单、安装方便，且能实现同源采样的单通道多功能中流量大气颗粒物分级采样切割器。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明提供一种单通道多功能中流量大气颗粒物分级采样切割器，其与采样器连接，该单通道多功能中流量大气颗粒物分级采样切割器包含有供大气颗粒物进入的采样入口、用以分离所采集的颗粒物的切割装置及颗粒物收集终端，采样入口与切割装置通过螺纹连接，切割装置与颗粒物收集终端连接，采样入口、切割装置及颗粒物收集终端依序串接在一起。

切割装置为一个切割模块，切割模块包含有冲击孔板、冲击板和座体，冲击孔板上均匀分布有多数个贯穿冲击孔板的冲击孔，座体内壁设有台阶，冲击孔板和冲击板嵌合在座体内的台阶上，采样入口与座体顶端通过螺纹连接，座体底端与颗粒物收集终端连接。

切割装置包含有两个或两个以上的切割模块，切割模块包含有冲击孔板、冲击板和座体，冲击孔板上均匀分布有多数个贯穿冲击孔板的冲击孔，同一个切割模块的冲击孔板上的冲击孔孔径相同，座体内壁设有台阶，冲击孔板和冲击板嵌合在座体内的台阶上，切割模块座体的底端与相邻下一级切割模块座体的顶端通过螺纹连接，各级切割模块按照对应的冲击孔的孔径由大至小的顺序，或按照对应的冲击孔的孔数由多到少的顺序依序从第一级至最后一级串接在一起，采样入口与第一级切割模块的座体顶端通过螺纹连接，最后一级切割模块的座体底端与颗粒物收集终端连接。

切割模块的冲击孔的孔数大于相邻下一级切割模块的冲击孔的孔数，切割模块的冲击孔的孔深小于相邻下一级切割模块的冲击孔的孔深。

采样入口包括有圆形盖体结构的入口风罩与圆环状的护网座，在护网座靠近顶端部位设有围绕护网座、并供大气中的颗粒物进入护网座且能防止昆虫进入护网座内的护网，护网座的顶端与入风口罩端面内侧通过螺纹连接。

冲击板呈圆形，在冲击板边缘形成有四个均匀分布的弧形通孔，冲击板中心处设有圆形的气流通道，在弧形通孔与气流通道之间向下凹陷有环形凹槽，在环形凹槽上覆盖有一层用以收集从冲击孔中进入并被冲击截留的颗粒物的滤膜。

颗粒物收集终端包括有滤膜压环、主滤膜、滤筛网、密封垫圈及托座，该托座呈漏斗状结构，该托座内壁形成有台阶，密封垫圈设置于台阶上，密封垫圈上面设置有所述滤筛网，滤筛网支撑设置于滤筛网上的主滤膜，滤膜压环嵌合于托座，并与滤筛网对主滤膜进行固定，托座底端设有连接口。

托座的底端的连接口还连接有中空的连接杆，该连接杆的中空部分与托座内部相通，连接杆连接采样器。

切割装置为四级分别用于采集粒径在10μm以内、5μm以内、2.5μm以内及1μm以内颗粒物的切割模块。

冲击板的环形凹槽的底部与冲击板外周缘的弧形通孔的顶端之间的高度差为3.5mm。

借由本发明的单通道多功能中流量大气颗粒物分级采样切割器，可实现单通道便能同源采集颗粒物的功能，同时获得大气中各粒径段颗粒物的浓度分布规律及其相应组分。本发明的采样切割器将各级切割模块组成积木式装配，结构简单，造型美观，且成本低，可以配接现有的采样器，应用更为广泛。

附图说明

图1为本发明单通道多功能中流量大气颗粒物分级采样切割器组装后局部截面示意图；

图2为本发明中的采样入口的局部截面图；

图3为本发明中的入口风罩的截面图；

图4为本发明中的护网座的局部截面图及沿截面图中A-A线的剖视图；

图5为本发明中PM₁₀切割模块的局部截面示意图；

图6为本发明中PM₁₀切割模块的冲击孔板的主视图及沿主视图中B-B线的剖视图；

图7为本发明中PM₅切割模块的冲击孔板的主视图及沿主视图中C-C线的剖视图；

图8为本发明中PM_2.5切割模块的冲击孔板的主视图及沿主视图中D-D线的剖视图；

图9为本发明中PM₁切割模块的冲击孔板的主视图及沿主视图中E-E线的剖视图；

图10为本发明中冲击板的主视图及沿主视图中F-F线的剖视图；

图11为本发明中滤膜的主视图及沿主视图中G-G线的剖视图；

图12为本发明中座体的局部截面图；

图13为本发明中颗粒物收集终端的局部截面示意图；

图14为本发明中的滤膜压环的主视图及沿主视图中H-H线的剖视图；

图15为本发明中的主滤膜的主视图及沿主视图中I-I线的剖视图；

图16为本发明中的滤筛网的主视图及沿主视图中J-J线的剖视图；

图17为本发明中的密封垫圈的主视图及沿主视图中K-K线的剖视图；

图18为本发明中的托座的局部截面图；

图19为本发明单通道多功能中流量大气颗粒物分级采样切割器第二实施例的局部截面图；

图20为本发明单通道多功能中流量大气颗粒物分级采样切割器第三实施例的局部截面图；

图21为本发明单通道多功能中流量大气颗粒物分级采样切割器第四实施例的局部截面图。

具体实施方式

现以具体实施利并配合附图详细描述本发明的结构特征及可达到的效果。

本发明的单通道多功能中流量大气颗粒物分级采样切割器用于大气环境中颗粒物的监测方面，其与采样器连接，对大气环境中的颗粒物进行采集并分析。如图1所示，本发明中的采样切割器包括有供大气颗粒物进入的采样入口1、用以分离所采集的颗粒物的切割装置2及颗粒物收集终端3，采样入口1与切割装置2通过螺纹连接，切割装置2与颗粒物收集终端3连接，因此采样入口1、切割装置2及颗粒物收集终端3依序串接在一起。本发明中的切割装置2可以为一个切割模块，也可以为至少两个切割模块多级串接在一起。

如图2至图4所示，本发明中的采样入口1包括有入口风罩10与护网座11，入口风罩10为圆形的盖体结构，在盖体端面周缘向下延伸有遮挡体100，护网座11呈圆环状，在护网座11靠近顶端部位设有围绕护网座11的护网110，且护网110的网孔能使大气中的颗粒物进入护网座11内，并能阻止空气中的树叶、昆虫等比较大的漂浮物进入护网座11。护网座11的顶端外侧形成有外螺纹111，底端内侧形成有内螺纹112，通过该外螺纹111与入风口罩10端面内侧的内螺纹101使入风口罩10与护网座11连接在一起，形成同心圆的结构，如图2所示，入风口罩10的遮挡体100与护网座11之间的距离与遮挡体100的宽度之比为0.625，采样入口处的风速为0.3m/s。

本发明实施例中的多级切割模块可以用来采集总悬浮颗粒物、可吸入颗粒物及呼吸性颗粒物。按照所采集的颗粒物粒径段的分类，本发明中的切割模块包括有PM₁₀切割模块、PM₅切割模块、PM_2.5切割模块及PM₁切割模块，分别用于采集粒径在10μm以内的可吸入颗粒物及粒径在5μm以内、2.5μm以内与1μm以内的呼吸性颗粒物，即该四级切割模块分别用于采集PM₁₀、PM₅、PM_2.5及PM₁，各级切割模块依序通过螺纹串接在一起。每一级切割模块的结构形式和外形尺寸是相同的，现以PM₁₀切割模块为例介绍本发明中的切割模块的构成。如图5所示，本发明中的PM₁₀切割模块包括有圆形的冲击孔板20、冲击板21、座体22及滤膜23，图6为本发明中PM₁₀切割模块的冲击孔板20的主视图及沿主视图中B-B线的剖视图，如图中所示，冲击孔板20上均匀分布有多数个贯穿冲击孔板20的冲击孔200，同一个切割模块的冲击孔板20上的冲击孔200孔径相同，冲击孔板20底端向内凹陷有凹槽201。如图10所示，冲击板21呈圆形，在冲击板21边缘形成有四个均匀分布的弧形通孔210，冲击板21中心处设有圆形的气流通道211，在弧形通孔210与气流通道211之间向下凹陷有环形凹槽212，在环形凹槽212上覆盖有一层滤膜23(如图5所示)，其形状和尺寸大小正好与环形凹槽212相一致(如图11所示)，用以收集从冲击孔200中进入并被冲击截留的颗粒物，为避免被截留在滤膜的颗粒物反弹误入下一级切割模块，冲击板21的环形凹槽212的底部与冲击板21外周缘的弧形通孔210的顶端之间的高度差设为3.5mm，防止了反弹带来的影响。如图12所示，本发明中的座体22呈环形通透的桶状结构，其内壁形成有台阶220，用以支撑装设在座体22中的冲击板21，座体22顶端外周缘设有外螺纹221，底端内壁设有内螺纹222。将冲击板21装设在座体22内的台阶220，将滤膜23贴附在冲击板21的环形凹槽212内，再将冲击孔板20套设在座体22内，并压在冲击板21上，如此组装完成本发明中切割模块的组装图，如图5所示。切割模块的座体顶端的外螺纹与相邻上一级切割模块的座体底端的内螺纹连接，切割模块的座体底端的内螺纹与相邻下一级切割模块的座体顶端的外螺纹连接，因此各级切割模块通过螺纹首尾串接在一起(如图1所示)。

不同粒径段的颗粒物质量不同，粒径不同，为达到分离切割的目的，各种颗粒物的冲击速度与冲击距离各异，粒径小的颗粒物要求冲击速度高，冲击距离短，反之，粒径大的颗粒物要求冲击速度低，冲击距离长，因此各级切割模块的不同之处在于冲击孔200的孔数、孔径和孔深。用于采集大颗粒物的切割模块，其冲击孔板20的冲击孔200数量多，孔径大，孔深短，冲击距离为冲击孔200的底端至冲击板21的环形凹槽212的底部之间的距离，因此，颗粒物粒径越大，冲击距离越长，在冲击孔板20厚度一致的情况下，孔深越短，即冲击孔板20底部的凹槽201越深，反之反是，如PM₁₀切割模块的孔数是38，孔径是5.1mm，孔深是8mm；PM₅切割模块的孔数是26，孔径是4.1mm，孔深是12mm；PM_2.5切割模块的孔数是12，孔径是3.2mm，孔深是12mm；PM₁切割模块的孔数是6，孔径是2.5mm，孔深是13mm，如图7至图9所示，其分别为本发明中的PM₅切割模块、PM_2.5切割模块及PM₁切割模块的冲击孔板的主视图与截面图。各级切割模块按照对应的冲击孔孔径由大到小的顺序或冲击孔的孔数由多到少的顺序依次从第一级至最后一级串接在一起，冲击孔孔径最大的切割模块，即第一级切割模块，其座体22与采样入口1通过座体22的外螺纹221与护网座11的内螺纹112连接，冲击孔孔径最小的切割模块，即最后一级切割模块，其座体22底端与颗粒物收集终端3连接，且串接起来的切割模块中，某一级切割模块的冲击孔的孔数大于相邻下一级切割模块的冲击孔的孔数，同时串接起来的切割模块中，某一级切割模块的冲击孔的孔深小于相邻下一级切割模块的冲击孔的孔深。如此，根据不同颗粒物的粒径大小及冲击速度的不同，实现对颗粒物由大到小的切割截留。若本发明中的切割装置2只包含有一个切割模块，则采样入口1与该切割模块的座体22顶端通过座体22的外螺纹221与护网座11的内螺纹112连接，该切割模块的座体22底端与颗粒物收集终端3连接。

如图13所示，本发明中的颗粒物收集终端3包括有滤膜压环30、主滤膜31、滤筛网32、密封垫圈33及托座34，图14至图17分别为滤膜压环30、主滤膜31、滤筛网32及密封垫圈33的主视图及剖视图，如图18所示，该托座34呈漏斗状结构，内壁形成有台阶340，在台阶340下方向托座34底端形成有漏斗形的连接口341，环形的密封垫圈33设置于台阶340上，密封垫圈33上面设置有滤筛网32，该滤筛网32用以支撑设置于其上的主滤膜31，滤膜压环30嵌合于托座34，并与滤筛网32对主滤膜31进行固定。最后一级切割模块的座体22套设在颗粒物收集终端3的托座34上。托座34底端设有连接口341，该连接口341还连接有连接杆35，如图1所示，该连接杆35用以连接采样器，采样器为现有技术，在此不作详述。

借此，构成本发明的采样切割器，借由采样器中气泵的作用，含有颗粒物的空气自采样入口1的护网110进入护网座11内，并通过PM₁₀切割模块的冲击孔进入冲击板的环形凹槽，由于大颗粒物冲击速度低，冲击距离长，大颗粒物被该冲击板环形凹槽内的滤膜冲击截留，小颗粒物由于冲击速度高，在气泵的作用下，由冲击板边缘的弧形通孔与中心的气流通道进入下一级切割模块，颗粒物中较大的颗粒物再次被冲击截留，较小的颗粒物再进入下一级切割模块，如此，粒径最小的颗粒物被截留在颗粒物收集终端的主滤膜31上。

空气中颗粒物的浓度为：C＝Δm/Q，此处C为浓度，Δm为采样增重，Q为采样气体体积，假设颗粒物收集终端的主滤膜增重为Δm₀，PM₁切割模块冲击板的滤膜增重为Δm₁，PM_2.5切割模块冲击板的滤膜增重为Δm₂，PM₅切割模块冲击板的滤膜增重为Δm₃，PM₁₀切割模块冲击板的滤膜增重为Δm₄，则：

C_PM1＝Δm₀/Q；

C_PM2.5＝Δm₀+Δm₁/Q；

C_PM5＝Δm₀+Δm₁+Δm₂/Q；

C_PM10＝Δm₀+Δm₁+Δm₂+Δm₃/Q；

C_TSP＝Δm₀+Δm₁+Δm₂+Δm₃+Δm₄/Q。

对采样所得样本进行组分分析，获取其物理化学特征，研究其来源对环境造成的污染和对人体造成的危害是十分有益的。

本发明单通道多功能中流量大气颗粒物分级采样切割器中的切割装置2可以包括PM₁₀切割模块、PM₅切割模块、PM_2.5切割模块及PM₁切割模块四级切割模块，分别用于采集相应粒径段的颗粒物，本发明的切割装置2也可以为其中的任意三种或任意两种切割模块的组合，如图19与图20所示，切割装置2分别由三级切割模块与两级切割模块组成，但是任意组合中的切割模块都是按照冲击孔的孔径由大至小的顺序依序串接在一起，本发明中的切割模块也可为其中任意一种切割模块(如图21所示)。根据实际需求进行的不同组合可以对不同颗粒物进行监测，可实现多功能的目的。

本发明单通道多功能中流量大气颗粒物分级采样切割器由于采用多级不同的切割模块串接在一起，可实现单通道便能同源采集颗粒物的功能，同时获得大气中各粒径段颗粒物的浓度分布规律及其相应组分，用于研究物化特征。同时可克服用多台采样器同时监测造成的空间不同步和用同一台采样器不同时段监测造成的时间不同步的缺陷，还解决了多通道采样器同步监测的高成本，操作不便且难以维护的难题。本发明的采样切割器将各级切割模块组成积木式装配，结构简单，造型美观，且成本低，同时可以配接现有的采样器，应用更为广泛。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种单通道多功能中流量大气颗粒物分级采样切割器，其与采样器连接，其特征在于，所述单通道多功能中流量大气颗粒物分级采样切割器包含有供大气颗粒物进入的采样入口、用以分离所采集的颗粒物的切割装置及颗粒物收集终端，所述采样入口与所述切割装置通过螺纹连接，所述切割装置与所述颗粒物收集终端连接，所述采样入口、所述切割装置及所述颗粒物收集终端依序串接在一起。

2.如权利要求1所述的单通道多功能中流量大气颗粒物分级采样切割器，其特征在于，所述切割装置为一个切割模块，所述切割模块包含有冲击孔板、冲击板和座体，所述冲击孔板上均匀分布有多数个贯穿所述冲击孔板的冲击孔，所述座体内壁设有台阶，所述冲击孔板和所述冲击板嵌合在所述座体内的台阶上，所述采样入口与所述座体顶端通过螺纹连接，所述座体底端与所述颗粒物收集终端连接。

3.如权利要求1所述的单通道多功能中流量大气颗粒物分级采样切割器，其特征在于，所述切割装置包含有两个或两个以上的切割模块，所述切割模块包含有冲击孔板、冲击板和座体，所述冲击孔板上均匀分布有多数个贯穿所述冲击孔板的冲击孔，同一个所述切割模块的冲击孔板上的冲击孔孔径相同，所述座体内壁设有台阶，所述冲击孔板和所述冲击板嵌合在所述座体内的台阶上，所述切割模块座体的底端与相邻下一级切割模块座体的顶端通过螺纹连接，所述各级切割模块按照对应的所述冲击孔的孔径由大至小的顺序，或按照对应的所述冲击孔的孔数由多到少的顺序依序从第一级至最后一级串接在一起，所述采样入口与所述第一级切割模块的座体顶端通过螺纹连接，所述最后一级切割模块的座体底端与所述颗粒物收集终端连接。

4.如权利要求3所述的单通道多功能中流量大气颗粒物分级采样切割器，其特征在于，所述切割模块的冲击孔的孔数大于相邻下一级切割模块的冲击孔的孔数，所述切割模块的冲击孔的孔深小于相邻下一级切割模块的冲击孔的孔深。

5.如权利要求2或3所述的单通道多功能中流量大气颗粒物分级采样切割器，其特征在于，所述采样入口包括有圆形盖体结构的入口风罩与圆环状的护网座，在所述护网座靠近顶端部位设有围绕所述护网座、并供大气中的颗粒物进入所述护网座且能防止昆虫进入所述护网座内的护网，所述护网座的顶端与所述入风口罩端面内侧通过螺纹连接。

6.如权利要求2或3所述的单通道多功能中流量大气颗粒物分级采样切割器，其特征在于，所述冲击板呈圆形，在所述冲击板边缘形成有四个均匀分布的弧形通孔，所述冲击板中心处设有圆形的气流通道，在所述弧形通孔与所述气流通道之间向下凹陷有环形凹槽，在所述环形凹槽上覆盖有一层用以收集从所述冲击孔中进入并被冲击截留的颗粒物的滤膜。

7.如权利要求2或3所述的单通道多功能中流量大气颗粒物分级采样切割器，其特征在于，所述颗粒物收集终端包括有滤膜压环、主滤膜、滤筛网、密封垫圈及托座，该托座呈漏斗状结构，该托座内壁形成有台阶，所述密封垫圈设置于所述台阶上，所述密封垫圈上面设置有所述滤筛网，所述滤筛网支撑设置于所述滤筛网上的所述主滤膜，所述滤膜压环嵌合于所述托座，并与所述滤筛网对所述主滤膜进行固定，所述托座底端设有连接口。

8.如权利要求7所述的单通道多功能中流量大气颗粒物分级采样切割器，其特征在于，所述托座底端的连接口还连接有连接杆，所述连接杆连接所述采样器。

9.如权利要求3所述的单通道多功能中流量大气颗粒物分级采样切割器，其特征在于，所述切割装置为四级分别用于采集粒径在10μm以内、5μm以内、2.5μm以内及1μm以内颗粒物的切割模块。

10.如权利要求6所述的单通道多功能中流量大气颗粒物分级采样切割器，其特征在于，所述冲击板的环形凹槽的底部与所述冲击板外周缘的弧形通孔的顶端之间的高度差为3.5mm。

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